Categoria: Industry 4.0

Industry-4-0-pt-pt 1 Fevereiro 2023

Análise de forragens e alimentos para animais com espetroscopia NIR

Análisis de piensos
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Análise de forragens e alimentos para animais com espetroscopia NIR

A espetroscopia NIR é um método analítico poderoso para determinar em tempo real a composição química de uma grande variedade de materiais e misturas. Neste artigo, discutiremos algumas aplicações da espetroscopia de infravermelho próximo, desde a análise de forragens até à análise de alimentos para animais, o seu processo de fabrico e produtos acabados para alimentação e nutrição animal.

Análise NIR da luzerna

A alfafa é uma leguminosa cultivada em todo o mundo devido ao seu elevado teor de proteínas e à sua rápida digestibilidade para a alimentação animal, principalmente para o gado. Atualmente, devido à natureza da própria atividade primária, são efectuados vários controlos para determinar a qualidade do produto, especialmente para a exportação para os mercados da China e do Golfo Pérsico. Um dos principais parâmetros que determinam a qualidade da luzerna é a proteína bruta (PB), mas outros parâmetros, como a fibra em detergente ácido (FDA) e a fibra em detergente neutro (FDN), determinam o valor nutritivo da forragem e as condições de comercialização.

analisis de forrajes

Quadro 1. Qualidade da luzerna (menos de 10% de gramíneas) para forragem comercializável de acordo com o USDA Livestock, Hay & Grain Market News (Putnam e Undersander, 2006).

feed analysis

Atualmente, a química húmida continua a ser o método de referência para determinar a qualidade da forragem, mas a espetroscopia de infravermelhos tem sido utilizada nos laboratórios de qualidade há alguns anos para acelerar o processo e o tempo necessário para a análise tradicional.

Analisador NIR portátil Visum Palm™

Análise de forragens e espectroscopia nir

Análise de alimentos para animais com espetroscopia NIR

Relativamente ao tempo de vida das calibrações NIR, este dependerá das alterações introduzidas no processo. Se, por exemplo, a matéria-prima for alterada ou se for criada uma nova linha de produtos com uma composição diferente, será melhor ajustar o modelo preditivo para introduzir a nova variabilidade, uma vez que a exatidão do método estará intrinsecamente relacionada com qualquer alteração na sua estrutura e com a interação dos ingredientes (cereais, grãos, farinhas ou outros, característicos da ração), daí os erros que as bibliotecas NIR genéricas normalmente apresentam.

Análise de forragens

Espectroscopia NIR e nutrição animal

A espetroscopia NIR não é apenas uma ferramenta útil para fabricantes e comerciantes, mas também na criação de animais para otimizar as dietas dos animais de acordo com o seu valor nutricional e para classificar as matérias-primas recebidas de acordo com o seu valor nutricional. Desta forma, os criadores de gado podem medir a composição química das dietas utilizadas sem terem de recorrer a métodos de química húmida ou a análises externas. Isto ajuda-os a determinar o seu valor nutricional e a quantidade necessária para obter o máximo rendimento com uma nutrição óptima sem ter de sobrealimentar desnecessariamente os animais, o que reduz os seus custos.

Em conclusão, a utilização da espetroscopia NIR em tempo real está cada vez mais generalizada no sector da alimentação animal e, em particular, na análise de alimentos para animais, aplicações que se estendem agora à introdução desta tecnologia em linha para a monitorização de todo o processo de fabrico.

De IRIS Technology Solutions
Industry-4-0-pt-pt 20 Dezembro 2022

Analisador de chocolate NIR: Viscosidade e tamanho das partículas em tempo real

Espectroscopía NIR en la producción de chocolate
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Analisador de chocolate NIR: Viscosidade e tamanho das partículas em tempo real

Neste artigo, abordaremos a análise em tempo real utilizando a espetroscopia NIR para a determinação da viscosidade e do tamanho das partículas na indústria do chocolate, dois parâmetros-chave do produto para garantir a mais elevada qualidade e a suavidade e sabor únicos que fazem do chocolate um alimento tão popular entre os consumidores.

A espetroscopia NIR (Near Infrared Spectroscopy) é uma técnica analítica para determinar a composição química e certas propriedades físicas de vários materiais e produtos com base na análise da interação da radiação ótica (luz) com as estruturas moleculares e atómicas desses materiais. O NIR é, portanto, uma técnica muito utilizada para o controlo físico-químico na indústria, tanto em laboratório como em analisadores de processos em tempo real.

Na produção de chocolate, o tamanho das partículas e a composição dos ingredientes desempenham um papel fundamental na modelação do seu comportamento reológico e na perceção sensorial. As propriedades de fluxo do chocolate são importantes porque o controlo da qualidade do produto é uma necessidade. Se a viscosidade for demasiado baixa, o peso do chocolate no doce revestido também será demasiado baixo. Se for demasiado elevada, podem formar-se bolhas no interior da barra de chocolate. Além disso, o sabor do chocolate na boca é afetado pela viscosidade; por conseguinte, a língua do consumidor pode perceber propriedades de fluxo incorrectas. Além disso, o sabor percebido depende da ordem e da velocidade de contacto, que estão relacionadas com a viscosidade e a velocidade de fusão.

Porque é que a viscosidade tem de ser correcta?

  • Ela garante a textura, o sabor e a qualidade do chocolate.
  • Proporciona uma velocidade de fluxo uniforme (homogeneidade), o que é muito importante se houver revestimentos de frutos secos, amêndoas, bolachas ou outros nas barras de chocolate.
  • Reduz defeitos típicos e erros de processamento (quebras, rachaduras e outros).
  • Atenua a variabilidade inerente à linha, reduzindo assim os custos de matéria-prima e ingredientes modificadores de viscosidade.

No entanto, até agora, a maior parte da indústria realiza um controlo tradicional, seja com medições e ajustes de temperatura – que não discutiremos neste artigo -, amostragem e análise laboratorial, um viscosímetro ou outros sensores monoparamétricos.

Ao contrário dos anteriores, os analisadores de processo Visum® da IRIS Technology são multiparamétricos e proporcionam a mais-valia de monitorizar todo o fluxo de produto e reportar diretamente aos sistemas de controlo ou PLC da área para gerar as correcções necessárias no processo, garantindo assim a maior homogeneidade possível em todos os momentos.

Análise NIR no processo de produção de chocolate

O processo de produção do chocolate consiste em quatro fases principais: mistura, refinação, conchagem e temperagem.

O processo de conchagem (seca, plástica e líquida) é um dos mais críticos e importantes na produção de chocolate, onde a mistura se transforma num líquido fluido e onde os sabores ácidos são eliminados e a pasta de cacau é refinada para a textura e sabor desejados. Esta transição estrutural é conseguida através da utilização de energia térmica e mecânica e da incorporação de diferentes ingredientes que quebram, desintegram e dispersam os grandes aglomerados até se obter o chocolate fundido.

Neste processo, um analisador multiparamétrico Visum NIR In-Line™ foi utilizado para a determinação on-line da viscosidade na faixa de 2000-16000 cps e onde se obteve um R2 >0,96. Além disso, os seus resultados foram correlacionados com medições de humidade em linha, uma vez que um aumento do teor de humidade do chocolate leva a um aumento da sua viscosidade e um excesso de humidade pode levar à formação de aglomerados de açúcar, afectando assim a textura final do chocolate. O NIR é um método particularmente sensível para a determinação da humidade.

Imagem 1: Analisador Visum NIR In-Line™ – Monitorização do processo de conchagem.

Analisador de chocolate NIR

Embora esta aplicação tenha sido desenvolvida em chocolate de leite, seria de esperar que não fossem encontradas grandes diferenças nas alterações de composição.

Uma limitação do analisador de processo Visum NIR In-Line™ é o facto de não fornecer a distribuição do tamanho das partículas, mas sim o valor médio resultante da análise contínua a cada poucos segundos. No caso do chocolate de leite, foi monitorizada uma gama de 0 a 160 µm e foi obtido um coeficiente de correlação de 0,92.

 

Tabela 1: Tamanho das partículas e viscosidade com NIR.

Uma vez que o chocolate está devidamente cozinhado, deve ser temperado e esta fase consiste em cristalizar uma pequena proporção da gordura, o que facilita a sua solidificação adequada após a moldagem. A temperagem consiste em várias etapas: primeiro, o chocolate é completamente derretido (geralmente a 50⁰C), depois arrefecido até ao ponto de cristalização (32-34⁰C), em seguida, a temperatura é ainda mais reduzida até que ocorra a cristalização (25-27⁰C) e, finalmente, o chocolate é submetido a um aumento de temperatura para destruir qualquer um dos cristais instáveis (29-32⁰C). Apesar de não ter sido realizada uma análise detalhada devido à falta de amostras nas diferentes fases de têmpera e à dificuldade de as obter para a calibração do modelo preditivo, a imagem abaixo valida a espetroscopia de infravermelhos em linha como um método fiável para a determinação do nível de têmpera.

 

Figura 1: Classificação “Temperado” “Não temperado” por espetroscopia de infravermelhos – Análise exploratória.

NIR spectroscopy in chocolate production

Estes testes abrem uma janela de desenvolvimento para continuar a desenvolver um modelo classificatório e/ou quantitativo capaz de determinar, através de ferramentas dedicadas de aprendizagem automática, o nível de têmpera do chocolate em tempo real, sem ter de recorrer a um método offline, como os medidores de temperatura (temperímetro) habitualmente utilizados na indústria.

Esperamos que tenha achado útil este artigo sobre as novas aplicações da espetroscopia de infravermelhos na indústria do chocolate. Para mais informações, convidamo-lo a contactar-nos por e-mail para info@iris-eng.com.

De IRIS Technology Solutions
Environment-pt-pt, Industry-4-0-pt-pt, Innovation-pt-pt 15 Dezembro 2022

Reciclagem de plásticos multicamadas e compósitos

Reciclagem de plásticos multicamadas
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Os plásticos trazem valor como produtos de consumo práticos, versáteis e leves, bem como um desempenho avançado em aplicações de topo de gama, como os automóveis. No entanto, apesar da sua utilidade, é evidente que o consumo linear e de utilização única de plásticos é incompatível com a transição da Europa para uma economia circular. Este modelo dá prioridade à reutilização e à reciclagem dos recursos, com o objetivo de reduzir os resíduos e reter o máximo de valor possível.

Em termos de reciclagem de plásticos, registaram-se alguns progressos. Por exemplo, 41,5 % dos resíduos de embalagens de plástico produzidos foram reciclados em 2018. Este valor ainda não é suficiente para alcançar a plena circularidade, especialmente na reciclagem de plásticos multicamadas que são difíceis de separar. Além disso, é essencial que as tecnologias de reciclagem acompanhem os novos materiais que entram no mercado

Reciclagem avançada de plásticos

O projeto MultiCycle, financiado pela UE, visa desenvolver uma unidade-piloto para a reciclagem industrial e o tratamento de plásticos multicamadas. Esta unidade centra-se em dois importantes segmentos industriais que constituem um desafio para os recicladores: embalagens multicamadas/filmes flexíveis e compósitos termoplásticos reforçados com fibras do tipo utilizado no sector automóvel.

Seleção de tecnologias

NIR e HSI-NIR são as técnicas convencionalmente utilizadas para a triagem de contentores. A primeira é adequada para peças individuais de embalagens antes da trituração e também pode fornecer uma avaliação inicial da adequação antes de passar para a segunda, que fornece um modo de obtenção de imagens. No projeto MultiCycle, os materiais de embalagem foram introduzidos num transportador sob a forma de flocos de até 5 cm e, por conseguinte, a HSI foi a técnica visada para a implementação final no protótipo do sistema de controlo de entrada. No entanto, a espetroscopia NIR pontual foi a técnica-alvo utilizada para monitorizar os plásticos dissolvidos e recuperados durante e após o processo CreaSolv®, onde não é necessária qualquer capacidade de imagem. Técnicas complementares, como LIBS e FTIR, também foram testadas preliminarmente para detetar outras fracções, como AlOx, ou para permitir a deteção de recipientes pretos, o que poderia melhorar a precisão da monitorização quando um sistema completo for implementado.

Espectroscopia de infravermelhos próximos (NIRS)

A espetroscopia NIR é uma técnica de espetroscopia vibracional. Nesta região, os espectros de absorção são compostos por sobretons e bandas combinadas em relação aos modos fundamentais das moléculas na região do infravermelho médio. A radiação NIR tem uma gama de comprimentos de onda de 900 a 2500 nm. As bandas de absorção nesta região são largas, devido ao elevado grau de sobreposição de bandas. Além disso, devido às regras de seleção dos fenómenos, a intensidade do sinal é dez a mil vezes mais fraca do que os sinais na região do infravermelho médio. No entanto, esta falta de intensidade e a elevada sobreposição de bandas são compensadas pela sua elevada especificidade. A especificidade da espetroscopia NIR baseia-se no facto de as ligações NH, OH e CH absorverem fortemente a radiação nestes comprimentos de onda, o que a torna uma ferramenta óptima para o estudo de compostos orgânicos e polímeros. Além disso, a utilização de métodos multivariados para a análise de dados espectrais tornou possível explorar todo o potencial da técnica para fins de identificação, discriminação, classificação e quantificação.

Sistema de imagiologia hiperespectral na região do infravermelho de ondas curtas (HSI-SWIR)

As tecnologias actuais para a monitorização e classificação de resíduos sólidos de plástico na região do infravermelho próximo incorporaram câmaras hiperespectrais na sua configuração. Estas permitem, em vez de recolher um único espetro, registar uma imagem hiperespectral(HSI) da amostra (cubo hiperespectral), que contém não só a localização espacial da amostra, mas também a sua composição e distribuição química. A este respeito, foram efectuadas várias publicações e desenvolvimentos tecnológicos utilizando a HSI-SWIR para a classificação e identificação de plásticos.

Um sistema básico de imagiologia hiperespectral, apresentado na Fig.3, inclui na sua configuração um sensor sensível (câmara CCD); uma fonte de iluminação de banda larga; um espetrómetro, que separa a luz retrodifundida/transmitida nos seus diferentes comprimentos de onda e, quando necessário, um tapete rolante para recolha de amostras. Neste caso, é de notar que o tapete rolante deve ser sincronizado com a velocidade de registo do sensor CCD para uma aquisição de imagem adequada. Um sistema hiperespectral fornece um hipercubo como saída. Um hipercubo é um conjunto de dados dispostos em três dimensões, duas espaciais (um plano XY) e uma espetral (𝜆, comprimento de onda), como se mostra abaixo.

Parâmetros de medição:

Os parâmetros mais relevantes para o registo do cubo hiperespectral podem ser resumidos da seguinte forma

  • Taxa de fotogramas da câmara (fps)
  • Velocidade do transportador (m/s)
  • Distância câmara-transportador (cm) e tempo de recolha (µs). Estes parâmetros estão inter-relacionados e devem ser optimizados para obter espectros registados de boa qualidade.

As imagens hiperespectrais foram registadas com uma câmara SWIR a operar na gama ∼900-1700 nm, a uma velocidade de fotogramas de 214 fps, com um tempo de integração de 350𝜇s e uma velocidade de transporte de 25m/min.

Reciclagem de plásticos multicamadas

Figura 1: (Esquerda) Conjunto de amostras n.º 1. Inclui películas de plástico flexíveis de PE, PP, PA e PET. Foram incluídas combinações simples e duplas destes polímeros (ou seja, polímero A/polímero B). (Direita) Imagem de classificação efectuada por um modelo PLSDA.

Conclusões do projeto

O sistema de monitorização HSI tem sido capaz de fornecer uma boa aproximação da percentagem do conteúdo de polímero numa amostra de polímero multicamada. No pior dos casos, prevê-se o polímero mais abundante presente na amostra, pelo que, com grandes lotes, as percentagens finais seriam bastante exactas. Em termos de monitorização do processo de dissolução, apenas 1 polímero e 1 solvente foram fornecidos para teste no IRIS. Os resultados obtidos com o Visum Palm™ foram os esperados, mas não foram testados modelos de processo ao longo do tempo. O controlo da dissolução não foi efectuado devido a problemas com o viscosímetro instalado no LOEMI. Por esta razão, não há mais resultados nesta secção.

Para a monitorização das amostras de automóveis, a técnica selecionada foi a LIBS. A otimização do LIBS foi complicada, pois foi a primeira vez que foi utilizado. Foram executados modelos alterando diferentes parâmetros para selecionar as melhores condições. A ferramenta PATbox para LIBS não permitia a aquisição de dados à mesma velocidade que o software LIBS, pelo que os modelos tiveram de ser modificados. Finalmente, os modelos foram calibrados e testados para prever o tipo de fibras nos plásticos pretos PP e PA. Os resultados obtidos nos 3 lotes foram satisfatórios, uma vez que as previsões dadas pelos modelos (quimiometria e aprendizagem automática) estavam próximas do conteúdo real. Foram efectuados alguns testes para diferenciar o PP e o PA, mas a taxa de classificação foi de cerca de 80% de boas previsões. Em geral, a rotulagem incorrecta e a sujidade das amostras não foram muito úteis para o desenvolvimento dos modelos de previsão.

De IRIS Technology Solutions
Ai-pt-pt, Industry-4-0-pt-pt 6 Outubro 2022

Deteção de defeitos em lombos de peixe utilizando visão artificial e aprendizagem profunda

detection of defects in fish
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Deteção de defeitos em lombos de peixe utilizando visão artificial e aprendizagem profunda

A tecnologia de visão artificial assistida por deep learning é um importante aliado das fábricas de processamento e distribuição de pescado que permite inspecionar 100% da produção para garantir elevados padrões de qualidade e segurança alimentar do produto que finalmente chega à mesa do consumidor.

O novo sistema Visum DeepSight Loins™ da IRIS Technology é um sistema de visão artificial concebido para a deteção de defeitos físicos de superfície em lombos de peixe fresco e congelado que permite automatizar a inspeção de lombos, quantificar, classificar e rejeitar não conformidades para garantir uma qualidade superior do produto final.

Visão artificial e aprendizagem profunda

Enquanto os sistemas tradicionais de visão computacional aprendem a classificar e a reconhecer características de um conjunto de imagens históricas para prever e classificar corretamente novas imagens, as redes neuronais de aprendizagem profunda são capazes de aprender características a partir de pixéis (individuais e de grupo) e têm uma camada de entrada (a imagem em bruto), uma série de camadas intermédias interligadas para simular o funcionamento de um cérebro biológico e uma camada de saída que fornece classificação/previsão. As redes neuronais de aprendizagem profunda são especialmente boas a aprender características complexas e a segmentar uma imagem a diferentes níveis de abstração (bordos, cores diferentes, formas, objectos), incluindo ruído e informação probabilística.

A visão artificial tradicional que não utiliza esta abordagem processa normalmente imagens mas não aprende com os dados, como as câmaras termográficas, os sensores de deteção de movimento, os sensores de intensidade luminosa, entre outros.

Deteção de defeitos em lombos de peixe frescos e congelados

Deteção de defeitos em lombos

O sistema Visum DeepSight Loins™ é capaz de detetar inúmeros defeitos nos lombos de peixe, tais como contusões, manchas de sangue, lacunas (ou seja, aberturas ou rasgos na musculatura), restos de pele, espinhas superficiais ou outros corpos estranhos superficiais que possam chegar à linha de processamento. Também possui uma funcionalidade de medição de cor incorporada, de acordo com as normas internacionais CIELAB ou L*a*b*, que é importante como parâmetro de qualidade, tanto à superfície como em relação à frescura do peixe.

O Visum DeepSight Loins™ possui uma elevada proteção IP para facilitar a limpeza da linha e tem um sistema antirreflexo e anti-humidade incorporado que lhe permite funcionar normalmente tanto em lombos de peixe fresco como congelado.

Usabilidade, funcionamento e comunicação

O sistema Visum DeepSight Loins™ incorpora 2 níveis de utilizador: “Administrador” para modificar as definições, o modo de trabalho, ajustar a sensibilidade de rejeição ou tomar referências e “Operador” para o modo de funcionamento automático do dispositivo.

O sistema é complementado por um alçapão de rejeição que permite a ejeção de unidades não conformes para reprocessamento ou controlo pelos operadores.

As informações e os resultados da análise, como a quantificação dos defeitos e das rejeições por classe, a informação do lote e a quantidade de produtos inspeccionados, podem ser visualizados no módulo informático incorporado, num computador ligado à rede ou no próprio sistema de gestão da informação da fábrica. Além disso, os relatórios gerados automaticamente podem ser exportados em diferentes formatos.

A funcionalidade de ajuste de sensibilidade é uma ferramenta essencial para calibrar o nível de rejeição do dispositivo em caso de determinados defeitos e, assim, regular o desempenho operacional do sistema sem causar qualquer inconveniente na capacidade de produção da linha.

Para mais informações sobre o dispositivo e pedidos de informação, escrever para info@iris-eng.com.

De IRIS Technology Solutions
Environment-pt-pt, Industry-4-0-pt-pt 22 Setembro 2022

Quantificação e triagem de resíduos orgânicos

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Quantificação e triagem de resíduos orgânicos

Neste artigo, discutiremos como é possível otimizar o tratamento de resíduos sólidos urbanos orgânicos utilizados para a produção de biogás com tecnologia hiperespectral para melhorar a qualidade e o rendimento do biometano, com base na aplicação que a IRIS Technology desenvolveu para a Central de Biometanização de Las Dehesas (FCC), em Madrid, com base no seu sistema de triagem de resíduos orgânicos Visum HSI™.

O problema da separação dos resíduos orgânicos

Só no ano passado, a economia espanhola gerou mais de 138 milhões de toneladas de resíduos, dos quais apenas 15% foram reutilizados para fabricar novos produtos, subprodutos ou matérias-primas. Além disso, a Espanha ainda está abaixo do objetivo da UE de reciclar 50% dos resíduos sólidos urbanos (RSU), também estipulado na Lei 22/2011 sobre resíduos e solos contaminados. Apesar de algumas comunidades terem conseguido atingir taxas de reciclagem elevadas, os resíduos orgânicos continuam a ser uma das principais dores de cabeça para a administração e para as instalações de tratamento e reciclagem de resíduos.

Isto porque uma grande parte da fração orgânica dos resíduos sólidos urbanos (RSU) está contaminada com materiais inorgânicos, principalmente embalagens – outro dos grandes desafios da reciclagem – e plásticos, onde as tecnologias de triagem ótica e espetroscopia se tornaram grandes aliadas.

Produção de biogás

Um dos principais destinos da reutilização e revalorização dos resíduos orgânicos é a produção de biogás, que é convertido nas instalações de biometanização em biometano, um tipo de gás apto para ser injetado e comercializado na rede de gás, cumprindo determinadas normas de qualidade e segurança. Nestas instalações, como a de Las Dehesas, em Madrid, a fração orgânica dos resíduos sólidos é tratada para evitar elevadas percentagens de “impróprios” (presença de inorgânicos) que, uma vez nos biodigestores, não podem ser utilizados no processo de fermentação e, consequentemente, o resultado é uma qualidade e um rendimento do processo e do produto final abaixo do ideal.

Para este fim, a IRIS Technology, no âmbito do projeto europeu Scalibur, instalou um sistema de imagem hiperespectral HSI™ na linha de FCC para quantificar e classificar os resíduos de acordo com a sua natureza orgânica ou inorgânica. Para além dos vários controlos intermédios, a remoção de resíduos volumosos, sacos de plástico, etc., conhecer a percentagem de resíduos orgânicos é um parâmetro fundamental para ajustar o processo biológico que ocorre nos digestores.

Scalibur_HSI_clasificador de residuos orgánicos

Separação de resíduos orgânicos e inorgânicos

O separador de resíduos orgânicos Visum HSI™ baseado em tecnologia hiperespectral permite obter dados em tempo real sobre a percentagem de resíduos orgânicos e inorgânicos, bem como localizar os diferentes componentes na correia transportadora, conhecer a composição média dos resíduos, monitorizar a evolução da composição dos resíduos ao longo do tempo e extrair informações úteis para a tomada de decisões em matéria de gestão de resíduos, produção e circularidade.

triagem de resíduos orgânicos

A implementação do sistema HSI permitiu à FCC monitorizar em tempo real os resíduos de forma a melhorar o fluxo correspondente à fração orgânica e, consequentemente, um processo de fermentação com um menor nível de impurezas, maximizando os parâmetros chave do processo de fermentação.

Para mais informações sobre este projeto e a tecnologia, por favor visite o site da Scalibur ou escreva para o nosso mail.

De IRIS Technology Solutions
Industry-4-0-pt-pt 5 Setembro 2022

Monitorização de biocombustíveis em tempo real com espetroscopia NIR

biothenol et nir
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Monitorização de biocombustíveis com espetroscopia NIR em tempo real

Neste post discutiremos a monitorização por espetroscopia NIR do processo de produção de bioetanol e como o NIR on-line é um importante aliado para a monitorização em tempo real dos resultados da fermentação, qualidade ou pureza final, inibidores do processo e outros analitos de interesse para a produção de subprodutos de elevado valor acrescentado para a indústria.

Bioetanol e NIR

O bioetanol é um tipo de combustível obtido a partir da fermentação de matérias orgânicas ricas em açúcares e amido, como o milho, a beterraba sacarina e a cana-de-açúcar, entre as mais utilizadas a nível mundial. Inclusive pode ser produzido a partir de resíduos sólidos urbanos e biomassa sem valor alimentício, conhecido como bioetanol de “segunda geração” ou bioetanol lignocelulósico, que resolve o problema adicional de dar um destino produtivo e um valor agregado aos resíduos orgânicos que descartamos, convertendo-os em biocombustível.
Como resultado da ação de leveduras e enzimas no processo de fermentação, e após destilação, obtém-se o bioetanol para ser utilizado como biocombustível e para ser misturado com combustíveis fósseis. Do resto dos componentes, obtêm-se subprodutos que podem variar em função da matéria-prima utilizada no processo, por exemplo, da moagem a seco podem obter-se rações para animais devido ao seu elevado conteúdo proteico, ou outros subprodutos da moagem a húmido como o óleo de milho, xaropes, entre outros. Além disso, a partir da biomassa lignocelulósica, podem ser obtidos subprodutos para reutilização noutras indústrias, como o metanol e o ácido acético.

Controlo da qualidade do processo de produção de bioetanol.

O controlo da qualidade do bioetanol é muito importante para garantir a pureza do produto resultante do processo e a valorização dos subprodutos para reutilização noutras indústrias. Na maioria das biorrefinarias, o controlo dos açúcares redutores (glicose) e do etanol é efectuado com recurso a técnicas analíticas off-line, ou seja, em laboratório, utilizando a cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC), que consome tempo e recursos, ou com a espetroscopia NIR de bancada, que, ao contrário da HPLC, fornece resultados precisos em apenas alguns segundos, mas continua a ser um método de amostragem pouco representativo e off-line.

Bioetanol e NIR em linha

No entanto, poucas biorrefinarias apostaram na introdução de tecnologia NIR em linha para monitorizar o processo de fermentação, destilação, a ação de inibidores de processo ou o controlo de subprodutos.

Neste sentido, a IRIS Technology tem desenvolvido várias aplicações para controlo de processos em biorrefinarias utilizando o analisador Visum NIR In-Line ™ e o portátil (handheld) Visum Palm™ NIR.

Tabela 1: Previsão do teor de glicose e etanol em linha usando um analisador Visum NIR In-Line ™.

Monitorização de biocombustíveis

Na Tabela 1, apresentam-se os principais parâmetros, intervalos e etapas de produção do bioetanol lignocelulósico na unidade de Biotecnologia Perseu da IMECAL, onde os resíduos sólidos urbanos são transformados em bioetanol.

Também foi monitorizado o processo de deslenhificação da biomassa lignocelulósica para libertar a celulose da hemicelulose e da lenhina e, assim, conseguir a despolimerização dos hidratos de carbono para produzir açúcares simples e a fermentação para produzir etanol.

Quadro 2: O processo de pré-tratamento consiste numa combinação de organosolvatação com explosão a vapor (efectuada pela LTU, Lulea Univ. of Technology). Parâmetros monitorizados: Teor de lignina, celulose e hemicelulose.

bioethanol und nir tabelle

Outra aplicação desenvolvida no âmbito deste projeto foi a monitorização por Visum NIR In-Line ™ do processo de obtenção de açúcares redutores a partir de hemicelulose presente em resíduos lignocelulósicos. Em particular, mostra-se que é possível controlar factores inibidores do processo de fermentação, como o ácido acético.

Tabela 3: Parâmetros monitorizados: xilose, glucose, teor de ácido acético.

bioethanol und nir

As instalações e os testes realizados demonstram a eficácia e a importância da introdução da tecnologia NIR em linha nas biorrefinarias, a fim de se obter um controlo mais preciso das diferentes fases do processo de produção de bioetanol, alcançar uma maior qualidade e, por conseguinte, aumentar a eficiência dos biocombustíveis.

De IRIS Technology Solutions
Industry-4-0-pt-pt 10 Agosto 2022

Hiperespectral NIR: Aplicações na indústria alimentar

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Aplicações na indústria alimentar - Hiperespectral NIR

Neste artigo vamos abordar aplicações transversais da tecnologia hiperespectral NIR na indústria alimentar com o objetivo de questionar o nosso processo de produção atual e considerar formas eficazes de o otimizar com tecnologia em linha. Não entraremos em detalhes sobre cada uma das aplicações, mas se estiver interessado em saber mais, pode ler o seguinte post onde vemos um caso de aplicação em pastelaria frita para mitigar variações indeterminadas de gordura no processo e otimizar a utilização de matéria-prima.

No entanto, a tecnologia hiperespectral NIR da IRIS Technology, Visum HSI™ abre uma enorme janela de aplicações para a indústria no controlo de processos, qualidade e segurança alimentar com um sistema industrial ótico capaz de monitorizar quimicamente cada unidade de produto em tempo real e determinar um grande número de parâmetros físicos e químicos em simultâneo. Uma câmara hiperespectral é equivalente, na prática, a ter um espetrofotómetro em cada pixel.

Visum HSI™: imagiologia química pixel a pixel, com resolução espacial

indústria alimentar hiperespectral nir

Sector das frutas e produtos hortícolas

Nesta indústria existem numerosos controlos não destrutivos que podem ser realizados com a tecnologia hiperespectral NIR. Entre eles podemos mencionar ºBx, amido, matéria seca que são parâmetros relevantes para estabelecer o grau de maturidade e comercialização de produtos frescos, assim como pH, acidez, teor de gordura, humidade ou sólidos solúveis que fazem parte dos controlos habituais na indústria e que atualmente, como na maioria da indústria, são realizados por técnicas tradicionais offline (amostragem e laboratório).

Da mesma forma, a tecnologia NIR hiperespectral é eficaz para determinar a textura por níveis, detetar e rejeitar corpos estranhos na linha e para a triagem. Em termos gerais, são sistemas que podem aprender a partir de um critério de referência quantitativo ou de um perito humano ao controlar um determinado processo. Portanto, como método de controlo não destrutivo, é uma excelente alternativa para classificar e selecionar produtos de acordo com a sua composição de forma totalmente automatizada, proporcionando um maior valor ao produto final, por exemplo, se se quiser criar uma linha premium.

Peixe e marisco

Os controlos de segurança alimentar para todos os produtos do mar estão a tornar-se cada vez mais rigorosos. Neste contexto, a tecnologia NIR hiperespectral em linha Visum HSI™ facilita a deteção de corpos estranhos provenientes do fundo do mar, tais como conchas, pedras, outros artrópodes, fragmentos de redes, entre outros, que são visualmente pouco diferentes do produto a ser processado e podem, por isso, escapar à inspeção visual, ou que, devido à sua baixa densidade, não existem detectores úteis no mercado. É também possível detetar resíduos de embalagens de plástico, mesmo que sejam transparentes, em filetes e postas de peixe. Para além de ser capaz de determinar quantitativamente um grande número de parâmetros analíticos em simultâneo (gorduras, proteínas, acidez, entre outros), é capaz de detetar e classificar a aplicação de sulfitos ou conservantes e o grau de frescura.

 

Caso se esteja a perguntar, a tecnologia Hiperespectral NIR, pelo menos a partir de 2022 e nenhuma outra tecnologia no mercado que seja em linha e contínua, é eficaz na quantificação da histamina nos níveis exigidos pela indústria e pelos regulamentos (<50 ppm).

 

Na próxima publicação, pode ler mais sobre a deteção de corpos estranhos com os nossos sistemas hiperespectrais.

Frutos de casca rija, cereais e leguminosas

Nos frutos secos (amêndoas, pistácios, amendoins, entre muitos outros) é possível substituir as análises laboratoriais convencionais e combiná-las com técnicas de visão por espetroscopia de imagem em linha. Isto é útil para o controlo em tempo real de parâmetros químicos como a humidade, gordura, fibras, acidez, bem como para detetar e separar corpos estranhos: milho que apareceu na linha, madeira, plásticos, pedras. Para defeitos visíveis, tais como manchas, comidas de traça, outros defeitos nos grãos ou fruta com pele, é necessário complementar com um sistema de visão artificial, como o Visum DeepSight™.

Pão e produtos de pastelaria

Já abordámos este tópico no nosso blogue, centrando-nos no controlo da gordura, um fator crítico para os custos do fabricante, as tendências dos consumidores e o sabor e textura dos alimentos. No entanto, a tecnologia Visum HSI™ pode monitorizar unidade a unidade do produto outros parâmetros críticos, como a humidade ou o teor de açúcar e, mais importante, interagir através do PLC da linha com a maquinaria e o sistema de gestão da fábrica.

Em conclusão, a tecnologia hiperespectral, juntamente com os avanços dos sistemas ópticos nos últimos anos, abre uma série de oportunidades para a segurança alimentar nos processos industriais.

Espero que este artigo sobre a tecnologia hiperespectral NIR na indústria alimentar tenha sido útil e aplicável. Como sempre, convidamo-lo a enviar-nos as suas questões, comentários e sugestões para o nosso endereço de correio eletrónico info@iris-eng.com.

De IRIS Technology Solutions
Industry-4-0-pt-pt 26 Julho 2022

Deteção de corpos estranhos na linha de produção

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Deteção de corpos estranhos na linha de produção

Neste post vamos abordar um problema recorrente e transversal na indústria relacionado com a segurança alimentar: a presença de corpos estranhos na linha de produção e vamos ver como podemos evitar que isso aconteça com técnicas viáveis a nível industrial como a espetroscopia de imagem ou também conhecida como Hyperspectral NIR ou Hyperspectral Imaging (HSI).

Deteção de corpos estranhos

O que é que entendemos por corpos estranhos?

Em linhas gerais, para os fabricantes, “corpo estranho” é tudo aquilo que não deveria estar na linha de produção, seja um elemento orgânico (osso, pele, cascas, outros alimentos que não sejam o produto a ser embalado, pedaços de madeira, lascas de madeira, para citar alguns) ou elementos inorgânicos como metais, parafusos, plásticos, papelão, papel, etc. A regra é que tudo o que não é produto não deve estar lá, pois é um problema que pode alterar a qualidade do produto final e, portanto, gerar perdas económicas, além de ser um risco para a saúde dos consumidores e para a imagem da empresa.

State of the art

Até agora, o controlo de corpos estranhos na grande maioria das indústrias, sejam elas alimentares ou não alimentares, era efectuado por inspeção visual. Ou seja, com os operadores na linha de produção a observar o fluxo do produto e a extrair os corpos estranhos que possam ter entrado durante o processo de fabrico. Por um lado, os sistemas de deteção de raios X, já implementados em praticamente todas as indústrias, garantem a não passagem de elementos condutores, ou seja, metais, pela linha, mas não nos isentam da possibilidade de surgirem elementos não condutores e de baixa densidade, como plásticos, papel, cartão, pedras, vidro, borracha, entre outros, que podem aparecer e que são indetectáveis com esta tecnologia.

Por outro lado, a visão artificial tradicional, para a deteção de corpos estranhos, tem limitações importantes devido à enorme variabilidade que pode existir em termos de tipo, forma, cor ou tamanho, o que resulta numa elevada taxa de falsos positivos (produto “bom” rejeitado). No entanto, a um nível mais contemporâneo, a visão artificial assistida por algoritmos de aprendizagem profunda ou de aprendizagem automática é uma tecnologia que tem os seus benefícios em determinados pontos da linha, como na embalagem, onde é útil para detetar a presença de determinados contaminantes físicos.

Deteção de corpos estranhos com NIR hiperespectral

Se tivermos de dizer que, até 2022, existe uma tecnologia suficientemente madura, facilmente integrada em linha e economicamente viável para a deteção de corpos estranhos, essa tecnologia é a tecnologia hiperespectral NIR.

Esta tecnologia é uma extensão da visão artificial tradicional em dois aspectos: Em primeiro lugar, em vez dos três canais de cor habituais na visão artificial, a imagem hiperespectral utiliza até centenas de canais, tornando possível ver diferenças muito subtis. Em segundo lugar, as câmaras hiperespectrais que incorporam estes sistemas têm frequentemente uma gama espetral alargada para além do visível, ou seja, para o infravermelho, onde a composição química é muito mais evidente do que na gama visível.

A imagiologia hiperespectral pode, por conseguinte, ser vista como uma mudança de paradigma nos sistemas de visão e como uma fonte de dados abundantes e de alta qualidade para alimentar os sistemas de visão baseados em algoritmos de inteligência artificial. Na prática, ter uma câmara hiperespectral é equivalente a ter um espetrofotómetro em cada pixel, ou seja, permite obter informação química sobre a composição do produto pixel a pixel e unidade de produto a unidade de produto, fornecendo uma imagem clara de toda a área inspeccionada e distinguindo, de acordo com a sua composição química, o que é produto e o que não é, independentemente da sua forma, tamanho ou tipologia. Tem uma limitação; como trabalha com luz e como esta tem uma penetração mínima no material, tudo o que não for superficial não será detectado. Para evitar que isto aconteça, na IRIS Technology, integramos a vibração ou a velocidade para gerar dispersão do produto na secção onde se encontra o sistema de deteção hiperespectral.

O sistema Visum HSI™ pode funcionar a uma velocidade de até 50 m/min, detectando corpos estranhos até 3 mm² e com uma densidade mínima de 0,7g/cm³. Trata-se, portanto, de uma solução de “compromisso” entre a velocidade da linha, a capacidade de processamento e o tamanho mínimo detetável.

Détection de corps étrangers

Visível NIR e composição química

Os sistemas chave-na-mão da IRIS Technology, como o analisador Visum HSI™, podem funcionar em duas gamas espectrais, Vis-NIR (400 a 1000 nm) ou SWIR (900-1700 nm). A aplicação de uma câmara ou de outra no sistema hiperespectral dependerá das necessidades do fabricante. Se se tratar apenas de detetar corpos estranhos, será utilizada uma câmara Vis-NIR, uma vez que nesta gama existe informação química suficiente para detetar o que é um produto e o que não é. Por outro lado, se também se quiser quantificar ou classificar parâmetros de composição do produto diferentes da humidade, como gorduras, proteínas, fibras, acidez ou outros parâmetros, será utilizada uma câmara que trabalhe na gama SWIR para obter resultados fiáveis e robustos como os do laboratório.

Alguns esclarecimentos finais

É importante referir que a tecnologia hiperespectral não é útil para a deteção de corpos estranhos no interior do produto, independentemente do produto em questão, pois como já foi referido, a luz tem uma penetração mínima.

Embora não seja o tema deste artigo, consideramos importante esclarecer que a tecnologia hiperespectral também não é útil para a deteção de atividade microbiológica nas concentrações e limites exigidos pelos organismos reguladores (ppm), onde a única técnica analítica viável continua a ser o swap ou Elisa.

Por isso, na IRIS Technology estamos constantemente a investir em I&D para aumentar as capacidades analíticas dos nossos sistemas, bem como para desenvolver soluções avançadas que sejam fiáveis e viáveis de integrar na linha de produção.

De IRIS Technology Solutions
Industry-4-0-pt-pt 21 Julho 2022

Controlo da espessura de películas multicamadas com tecnologia Visum®.

Controlo da espessura de películas
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Controlo da espessura de películas multicamadas

Mais de 60% das películas utilizadas na embalagem de alimentos são películas multicamadas transparentes

Nos últimos anos, as estruturas de película multicamada permitiram alargar as suas aplicações na embalagem de produtos alimentares, permitindo preservar de forma óptima as qualidades organolépticas e nutricionais do produto. Atualmente, mais de 60% das películas utilizadas em embalagens alimentares são películas multicamadas transparentes obtidas por coextrusão, onde as diferentes camadas poliméricas respondem a determinadas necessidades: barreira contra a água, vapor de água, temperatura, selabilidade, resistência mecânica, entre outras.

A espessura da película e a sua uniformidade é um parâmetro crítico para controlar alterações na estrutura sem comprometer os requisitos de desempenho da mesma e, por isso, o controlo on-line da espessura é de grande importância para os projectistas e fabricantes de películas multicamadas. Até agora, este controlo tem sido feito com métodos offline que não são compatíveis com a produção contínua, como o uso de um micrómetro ou microscopia ótica. Existem também no mercado sensores para controlar a uniformidade das películas monocamada, mas não existe uma ferramenta realmente eficaz em termos industriais e tecnológicos para controlar a espessura das películas multicamada e garantir a sua uniformidade.

A tecnologia patenteada do sensor Visum Thickness™ é uma ferramenta para o controlo de espessura monoponto ou multiponto de películas finas translúcidas multicamada, camada a camada, espessura total e em tempo real, o que a torna adequada para revestimentos de diferentes cores em substratos de natureza diversa e, por isso, tem potenciais utilizações em embalagens de barreira multicamada, mas também têxteis revestidos, metais, entre outros.

Algumas características adicionais do Visum Thickness™:

  • Não é necessária calibração.
  • Número de camadas: ilimitado.
  • Tamanho do ponto: 5 mm.
  • Inspeção: simples ou multiponto.
  • Intervalo de distância entre a sonda e o filme: 5-30 cm.
  • Dimensões: 300 x 200 x 150 mm3
  • Peso: 7 kg
  • Alimentação eléctrica: 240 VAC, 100 W
  • Funcionamento: escravo ou contínuo.
  • Comunicação: Wifi / Ethernet / Profinet / Profibus
  • Software Visum ®
  • Computador incorporado

 

A IRIS Technology é um líder europeu no desenvolvimento e fabrico de soluções industriais com tecnologias fotónicas aplicadas.

 

Para mais informações, escreva para info@iris-eng.com

De IRIS Technology Solutions
Industry-4-0-pt-pt 14 Julho 2022

WhiteCycle: A grande aposta da Europa para reciclar mais de 1,8 milhões de toneladas de resíduos têxteis de plástico por ano

resíduos têxteis de plástico
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Resíduos têxteis de plástico: O que é o WhiteCycle?

No dia 1 de julho, foi lançado o projeto WhiteCycle, com o objetivo de desenvolver uma solução circular para converter resíduos têxteis plásticos em produtos de elevado valor acrescentado. Este projeto europeu sem precedentes é coordenado pela Michelin e é constituído por um consórcio de 17 entidades públicas e privadas, cofinanciado pelo programa Horizonte Europa da Comissão Europeia. A IRIS Technology é um dos principais membros do consórcio enquanto líder europeu na conceção de sistemas ópticos avançados.

WhiteCycle's objectives

Até 2030, prevê-se que o WhiteCycle adopte e implemente uma solução circular para reciclar anualmente mais de 2 milhões de toneladas de resíduos plásticos têxteis, em especial o terceiro plástico mais utilizado, o PET (politereftalato de etileno). Espera-se, assim, reduzir as emissões de CO2 em cerca de 2 milhões de toneladas por ano e evitar a deposição em aterro ou a incineração de mais de 1,8 milhões de toneladas de plástico por ano.

Atualmente, é difícil reciclar os resíduos complexos que contêm têxteis (PET) provenientes de várias fontes, como vestuário com várias camadas, mangueiras ou pneus. No entanto, em breve todos estes produtos poderão ser recicláveis graças aos resultados do projeto. Graças ao projeto WhiteCycle, a matéria-prima do PET 2 poderá ser reutilizada para criar produtos de alto desempenho. Isto seria possível graças a uma cadeia de valor circular viável.

This project will develop processes needed throughout the industrial value chain.

  • Desenvolver e/ou utilizar tecnologias de triagem inovadoras. Tal permitiria um aumento do teor de plástico PET dos fluxos de resíduos complexos, a fim de os poder transformar melhor.
  • O PET recuperado seria objeto de um pré-tratamento do seu conteúdo. Seguir-se-ia um processo inovador baseado em enzimas de reciclagem para a decomposição em monómeros puros e monómeros puros de uma forma sustentável.
  • Repolimerização dos monómeros reciclados num novo plástico.
  • Fabrico e verificação da qualidade dos novos produtos produzidos a partir de materiais plásticos reciclados.

WhiteCycle tem um orçamento global de 9,6 milhões de euros e recebe um financiamento europeu de aproximadamente 7,1 milhões de euros. As empresas que participam no projeto estão localizadas em cinco países:

  • Alemanha: DITF, Estato, IPoint
  • Espanha: IRIS Technology Solutions, Inditex
  • França: Axelera, Carbios, Dynergie, ERASME, IFTH, Michelin, PPRIME, Synergies TLC, UNIV POITIERS
  • Noruega: HVL, Mandals
  • Turquia: Kordsa

O papel da IRIS Technology no Ciclo Branco

Há muito que existe uma necessidade urgente de desenvolver uma solução circular final para a indústria, a fim de transformar resíduos plásticos têxteis complexos em produtos de maior valor acrescentado (novo plástico para mangueiras, pneus e vestuário).

Como líder europeu na conceção de sistemas ópticos avançados, a IRIS Technology irá liderar o desenvolvimento de um sistema capaz de monitorizar e identificar em tempo real os resíduos têxteis de PET para reciclagem. Para este efeito, a IRIS implementará a tecnologia hiperespectral NIR utilizando o analisador industrial Visum HSI™, que emprega espetroscopia de imagem 2D e extrai informação química pixel a pixel e unidade a unidade do produto que passa na linha para detetar a composição química, o conteúdo e a distribuição espacial. Finalmente, o sistema HSI para a deteção e triagem de resíduos têxteis de plástico será validado à escala industrial para facilitar a sua incorporação em linhas de reciclagem em toda a Europa.

De IRIS Technology Solutions